나노입자 이용 암 면역세포치료 효능 키운 기술 개발

복지부·교과부 공동 연구단…연구결과 네이쳐나노테크놀로지誌 온라인판 게재

복합기능 나노신소재와 면역 세포치료기술을 융합해 암 치료효율을 획기적으로 높일 수 있는 치료기술이 국내 연구진에 의해 개발됐다.

보건복지부 혁신형 세포치료 연구중심병원사업단과 교육과학기술부 생체응용 나노결정 융합연구단은 공동융합연구를 통해 나노융합기술 기반의 신개념 항암 면역세포 치료기술을 개발했다고 12일 밝혔다.

이번 연구결과는 국제적 학술지인 네이쳐나노테크놀로지지(誌) 온라인판에 게재됐다.

복지부 연구단에서는 서울대 의과대학 연구팀(미생물학교실 조남혁 교수, 성승용 교수)이, 교과부 연구단에서는 고려대 공과대학 연구팀(신소재공학부 김영근 교수)이 참여했다.

↑ [산화철-산화아연 나노입자 모식도] 이번에 개발한 나노입자는 마치 호두처럼 내부는 산화철, 껍질은 산화아연으로 구조가 이뤄져 있다. 자료:복지부,교과부

두 연구단은 '속은 산화철, 껍질은 산화아연'으로 구성된 나노입자를 제조한 후 이를 수지상세포에 탑재했고, 동물실험을 통해 종래의 수지상세포 치료기술보다 항암 치료 능력이 뛰어난 결과를 얻는데 성공했다.

수지상세포는 인체 내에 존재하는 나뭇가지 모양의 면역세포다. 미국의 덴드리온이라는 회사가 지난해 4월 수지상세포를 이용한 암치료제를 개발, 미국 식품의약국(FDA)의 승인을 받은 바 있다.

환자에 수지상 세포를 주사하면 림프절로 이동해 암세포를 죽일 수 있는 T-세포를 교육시킨다. 수지상세포로부터 교육을 받은 T-세포는 암조직으로 이동해 암세포의 증식을 억제하게 한다.


즉 T-세포는 암에 맞서 최일선에 싸우는 병정 세포라 볼 수 있으며, 수지상세포는 T-세포가 암과 잘 싸울 수 있게 T-세포를 자극시키는 훈련관이라 볼 수 있다.

따라서 T-세포가 적군(암)의 특징(항원)을 잘 인식할 수 있도록 충분한 양의 항원을 수지상세포에 탑재하는 것과 환자의 림프절에 많은 수지상세포가 이동하도록 하는 것이 수지상세포를 이용한 면역세포치료의 핵심이다.

기존의 방식들은 이러한 종양특이항원의 탑재효율이 낮거나 이를 객관적으로 모니터링하는 것이 어려워 항암치료에 어려움을 겪어왔다.

연구진은 이러한 문제를 해결하기 위해 직경 10nm(1nm=10억분의 1m)의 나노입자에 초정밀 기술을 활용해 항암면역세포치료에 필요한 종양특이항원의 탑재효율과 도달률을 높이고 이를 객관적으로 모니터링 할 수 있는 기능을 동시에 갖도록 했다.

먼저 이번에 개발한 나노입자는 마치 호두처럼 내부는 산화철(Fe3O4), 껍질은 산화아연으로 이뤄진 구조로 산화철은 자성을 띠고 있어 자기 MRI 영상, 산화아연(ZnO)은 반도체로서 발광현상에 의한 형광영상을 각각 제공한다.

또 산화아연 표면에 암세포에만 있는 분자항원을 나노입자에 부착할 수 있도록 설계했다.

마지막으로 나노입자 구조체는 1시간 내에 수지상세포 탑재가 가능하고, 종양특이항원의 수지상세포 내 전달, 수지상세포의 인체 내 전달을 동시에 확인할 수 있는 다기능성을 보유하고 있다.

이러한 복합구조의 나노입자를 수지상세포에 넣고, 암에 걸린 쥐들에 주사했을 때 다른 대조군에 비해 현저히 향상된 항암효과가 관찰됐다.

한편 이번 연구와 관련한 나노입자 제조기술은 이미 국내와 일본, 미국 특허가 등록됐으며 펩타이드를 포함하는 산화아연 복합체 기술은 국제 특허출원(PCT)을 한 상태다.